Katilo energijos atkūrimo keitiklis įpurškia tikro aukso ir sidabro į mažai anglies dioksido išskiriančias cemento gamyklų transformacijas

Cemento gamyklų energijos suvartojimas daugiausia koncentruojamas klinkerio kalcinavimo procese, o katilų, kaip pagrindinės šiluminės energijos tiekimo įrangos šiame procese, išmetamųjų dujų temperatūra paprastai yra nuo 180 laipsnių iki 600 laipsnių. Kai kurių didelių rotacinių krosnių išmetamųjų dujų temperatūra gali siekti net 900–1000 laipsnių, o tai turi didžiulį potencialą panaudoti šilumos išteklius. Remiantis statistika, energijos švaistymas dėl nepakankamo atliekinės šilumos panaudojimo Kinijos pramonės sektoriuje kasmet siekia šimtus milijonų tonų standartinės anglies. Optimizavus šilumokaičių veikimą, šiluminis efektyvumas gali padidėti 15–30%. Cemento pramonei efektyvus šilumos atgavimas iš katilo išmetamųjų dujų prilygsta „antrinės energijos“ kanalo atvėrimui, kuris gali sumažinti iškastinio kuro suvartojimą ir anglies dvideginio išmetimą, o tai dvigubai pagerina ekonominę ir aplinkosauginę naudą.
Katilinių šilumokaičių panaudojimo cemento gamyklose esmė – taikant efektyvią šilumos mainų technologiją iš katilų išmetamųjų dujų atgauti panaudotą šilumą, o vėliau ją paversti tinkama šilumine arba elektros energija pagal gamybos poreikius, siekiant kaskadinio energijos panaudojimo. Remiantis cemento gamyklų gamybos sąlygomis, jų taikymo scenarijuose daugiausia dėmesio skiriama trims pagrindinėms grandims, apimančioms visą atliekų šilumos atgavimo procesą ir prisitaikant prie skirtingų temperatūros lygių atliekinės šilumos išteklių.

Aukštos{0}}temperatūros atliekų šilumos atgavimo srityje katilų šilumos atgavimo šilumokaičiai daugiausia naudojami aukštos-temperatūros dūmų dujoms valyti rotacinių krosnių uodegoje ir grotelių aušintuvo išleidimo angoje. Aukštos-temperatūros išmetamųjų dujų, išleidžiamų iš didelių cemento krosnių krosnies uodegos, po šilumos mainų šilumokaityje temperatūra gali būti sumažinta nuo daugiau nei 600 laipsnių iki žemiau 200 laipsnių, o tai atitinka vėlesnių maišų dulkių surinkimo sistemų eksploatacinius reikalavimus ir atgauna didelį kiekį aukštos-kokybės atliekinės šilumos. Atgauta aukštos-temperatūros atliekų šiluma gali būti naudojama garo turbinoms varyti energijai gaminti. Pavyzdžiui, „Lucky Cement“ Pakistane, pakeisdama savo variklių jėgainę, įdiegė sistemą, kurią sudaro 11 didelio{11}}efektyvumo atliekų šilumos atgavimo katilų, iš viso atgaunančių 27 MWh atliekų šilumos, kuri gali pagaminti 6 MWh elektros, padidindama gamyklos galią maždaug 10 % ir žymiai sumažindama kuro sąnaudas bei emisijas. Kinijoje „Henan Mengdian Group“ įrengė savo klinkerio gamybos liniją su atliekų šilumos katilais, kurie atgauna panaudotą šilumą iš krosnies galvutės ir uodegos, kad būtų galima gaminti energiją, ir toliau atgauna žemos{16}}temperatūros atliekinę šilumą po elektros energijos gamybos gyvenamųjų namų šildymo projektams, taip užtikrinant efektyvų atliekų šilumos panaudojimą kaskadomis.

Žemos- ir vidutinės temperatūros-atliekinės šilumos atgavimas yra dar vienas svarbus katilinių šilumos atgavimo šilumokaičių taikymo scenarijus, daugiausia skirtas žemos- ir vidutinės-temperatūrų dūmų dujoms, išsiskiriančioms iš įvairios pagalbinės cemento gamybos įrangos. Pavyzdžiui, 200 -300 laipsnių išmetamosios dujos, išleidžiamos iš krosnies uodegos aušintuvo žemos-temperatūros skyriaus, gali generuoti žemo{10}slėgio garus po atliekų šilumos atgavimo per šilumokaitį. Šie garai gali būti naudojami technologiniam vandeniui papildyti, darbuotojo buitiniam vandeniui arba kaip ličio bromido aušintuvų šilumos šaltinis gamybos cechui ir gyvenamajai patalpai vėsinti. Vidutinės temperatūros dūmų dujos iš nedidelės cemento gamyklos rotacinės krosnies uodegos po apdorojimo šilumokaičiu gali generuoti žemo-slėgio 0,3-0,8 MPa garus, tenkinančius nedidelio masto gamybos procesų šilumos energijos poreikius. Be to, kai kurios cemento gamyklos taip pat naudoja atgaunamą žemos{21}} ir vidutinės temperatūros atliekų šilumą žaliavoms džiovinti. Pritaikius išmetamųjų dujų atliekų šilumos rekuperavimo šilumokaitį, viena cemento gamykla sumažino išmetamųjų dujų temperatūrą nuo 220 laipsnių iki 90 laipsnių, sumažino energijos sąnaudas vienai cemento tonai 8%, o kasmet sutaupė daugiau nei milijoną juanių, o tai rodo didelį energijos taupymo efektą.

Be tiesioginio šilumos atgavimo ir pakartotinio naudojimo, katilų šilumos atgavimo šilumokaičiai gali būti giliai integruoti į cemento gamyklų grynas žemos{0}}temperatūrinės šilumos energijos generavimo sistemas, kad būtų sukurta uždaro ciklo energijos sistema „atliekos šilumos atgavimo-elektros gamybos-gamybai“. Šiuo metu atliekinės šilumos energijos gamyba tapo pagrindine priemone cemento įmonėms taupyti energiją ir sumažinti emisijas. Kaip pagrindinė atliekinės šilumos energijos gamybos sistemos sudedamoji dalis, katilo šilumos atgavimo šilumokaitis yra atsakingas už išmetamųjų išmetamųjų dujų šilumos pavertimą garais, kad būtų galima varyti garo turbiną energijai gaminti. Pramonės duomenys rodo, kad „Wannianqing Cement“ Kinijoje jau pradėjo eksploatuoti 10 atliekų šilumos gamybos įrenginių, kurių instaliuota galia yra 80,30 MW. Gaminant atliekinę šilumą, galima patenkinti apie 50% įmonės krosnių sistemos elektros poreikio. 2024 m. „Shangfeng Cement“ panaudojo atliekų šilumą, kad pagamintų 473 mln. kilovatvalandžių elektros energijos, o anglies dvideginio išmetimas sumažėjo 389 800 tonų. Tai ne tik sumažino bendrovės elektros energijos sąnaudas, bet ir padidino jos ekologišką konkurencingumą, tapdama reikšmingu pranašumu tolesnių įmonių „žaliųjų pirkimų“ ir ESG reitingams. Anhui Conch Kawasaki visame pasaulyje įdiegė 302 cemento atliekų šilumos energijos gamybos įrenginius, kurie kasmet pagamina 26,63 mlrd. kWh elektros energijos. Skaičiuojant pagal tuos pačius standartus, kaip ir šiluminės energijos gamybai, tai reiškia, kad kasmet sutaupoma 9,587 mln. tonų standartinės anglies ir 24,582 mln.

Palyginti su tradiciniais perteklinės šilumos atgavimo būdais, katiliniai šilumokaičiai turi didelių technologinių pranašumų ir pritaikomumo cemento gamyklose. Cemento gamyklos išmetamosios dujos yra sudėtingos sudėties, turinčios daug dulkių, SO₂, NOx ir kitų medžiagų, kurios lengvai sukelia įrangos koroziją, pelenų kaupimąsi ir susidėvėjimą. Specialūs katilų šilumos atgavimo šilumokaičiai, kuriuose naudojamos korozijai -atsparios lydinio medžiagos ir kompozicinės dangos technologija, pasižymi daugiau nei tris kartus didesniu atsparumu korozijai, todėl jie gali atlaikyti atšiaurią išmetamųjų dujų aplinką, kurioje yra sieros ir dulkių, o tarnavimo laikas viršija 10 metų. Tuo tarpu šilumokaitis turi didelio{5}}efektyvumo šilumos perdavimo konstrukciją. Optimizavus srauto kanalo struktūrą ir pelekų parametrus, šilumos perdavimo koeficientas padidinamas 20%-40%, o kai kurių šilumos vamzdžių šilumokaičių šilumos perdavimo koeficientas gali siekti 1500-3000 W/(m²·K). Jis taip pat pasižymi geromis izoterminėmis savybėmis, mažesniu dulkių kaupimu ir paprasta priežiūra. Vieno šilumos vamzdžio gedimas neturės įtakos bendrai veikimui, žymiai pagerins įrangos stabilumą ir patikimumą. Be to, modulinė konstrukcija leidžia ją lanksčiai pritaikyti pagal gamybos mastą ir cemento gamyklos išmetamųjų dujų parametrus su trumpu pristatymo ciklu. Jis pritaikomas skirtingos talpos cemento gamybos linijoms, leidžiančioms tiksliai išgauti perteklinę šilumą tiek didelėms klinkerio gamybos linijoms, tiek mažoms cemento gamykloms.

Praktikoje katilinių šilumokaičių panaudojimas atnešė didelę ekonominę, aplinkosauginę ir socialinę naudą cemento gamykloms. Ekonominiu požiūriu atliekų šilumos atgavimas tiesiogiai sumažina energijos, pvz., anglies ir elektros, suvartojimą, todėl sumažėja gamybos sąnaudos. Investicijų atsipirkimo laikotarpis paprastai yra 3{11}}10 metų, o kai kurių optimizuotų projektų atveju jis gali būti sutrumpintas iki mažiau nei 1,5 metų. Pavyzdžiui, 10 -tonų per valandą galios garo katilas su ekonomaizeriu (paprastu šilumos atgavimo šilumokaičiu) gali kasmet sutaupyti maždaug 200 tonų standartinės anglies ir tiesiogiai sumažinti veiklos sąnaudas daugiau nei 300 000 juanių. Atliekinės šilumos regeneravimo projektas „Lucky Cement“ Pakistane ne tik padidino elektros gamybos apimtį, bet ir greitai atsipirko investicijos, paskatinęs bendrovę toliau plėsti bendradarbiavimą ir įdiegti panašią atliekų šilumos regeneravimo sistemą kitoje gamykloje. Aplinkos požiūriu atliekų šilumos atgavimas sumažina iškastinio kuro deginimą, taip sumažinant teršalų, pvz., anglies dioksido ir sieros dioksido, išmetimą, padedant cemento įmonėms modernizuoti itin mažą emisiją, suderinant su nacionaline „dvigubos{15}}anglies strategijos“. Kalbant apie socialinę naudą, ši iniciatyva skatina cemento pramonės transformaciją iš „didelio energijos suvartojimo ir daug išmetamų teršalų“ į „žalią, mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančią ir energiją taupančią“, didinant bendrą žaliosios pramonės plėtros lygį ir suteikiant vertingos praktinės pramonės atliekų šilumos regeneravimo patirties.

Šiuo metu, gilėjant cemento pramonės žaliajai transformacijai, katilinių šilumokaičių su rekuperatoriumi taikymas susiduria su naujomis galimybėmis ir iššūkiais. Viena vertus, nacionaliniai reikalavimai energijos taupymui ir anglies dioksido mažinimui cemento pramonėje nuolat auga. Dėl tokios politikos kaip itin-mažai teršalų išmetimo modernizavimas ir ekologiškų gamyklų kūrimas, cemento įmonių atliekų šilumos regeneravimo poreikis nuolat auga, todėl yra pakankamai erdvės katilinių šilumą regeneruojančių šilumokaičių technologiniam atnaujinimui ir skatinimui rinkoje. Kita vertus, dūmų sąlygos cemento gamyklose yra sudėtingos ir kintamos, o skirtingose ​​gamybos linijose labai skiriasi išmetamųjų dujų temperatūra, dulkių kiekis ir korozija. Tai kelia didesnius reikalavimus šilumos perdavimo efektyvumui, atsparumui korozijai ir šilumokaičių atsparumui dilimui, todėl įmonės turi didinti investicijas į technologinius tyrimus ir plėtrą, optimizuoti gaminių struktūrą, gerinti įrangos pritaikomumą ir efektyvumą.

Ateityje, nuolat diegiant šilumos mainų technologijų naujoves, katilų šilumą atgaunantys šilumokaičiai bus tobulinami siekiant didesnio efektyvumo, intelektualumo ir įvairinimo. Viena vertus, jie toliau optimizuos šilumos perdavimo struktūras, pagerins perteklinės šilumos regeneravimo efektyvumą, leis giliai atgauti žemos-atliekinės šilumos kiekį ir maksimaliai padidins perteklinės šilumos potencialą cemento gamyboje. Kita vertus, jie bus derinami su išmaniosiomis technologijomis, kad būtų galima stebėti realiu laiku, perspėti apie gedimus ir išmaniai valdyti šilumokaičio veikimą, sumažinti įrangos priežiūros išlaidas ir pagerinti veikimo stabilumą. Kartu giliai integruojant atliekų šilumos atgavimo technologijas ir cemento gamybos procesus, bus suformuota išsamesnė energijos perdirbimo sistema, skatinanti cemento pramonę pasiekti „anglies smailės ir anglies neutralumo“ tikslus.

Apibendrinant galima teigti, kad katilų šilumos atgavimo šilumokaičiai, kaip pagrindinė įranga, skirta energijos taupymui ir anglies dioksido mažinimui cemento pramonėje, gali ne tik efektyviai atgauti panaudotus šilumos išteklius iš katilų išmetamųjų dujų ir sumažinti įmonės gamybos sąnaudas, bet ir sumažinti teršalų išmetimą bei prisidėti prie žaliosios pramonės transformacijos. Atsižvelgdamos į nuodugnų „dvigubos-anglies strategijos įgyvendinimą, cemento įmonės turėtų teikti svarbą katilinių šilumokaičių rekuperacijai ir taikymui, pasirenkant tinkamus šilumokaičių tipus ir techninius sprendimus, pagrįstus jų pačių gamybos sąlygomis, kad visapusiškai suvoktų atliekų šilumos atgavimo vertę. Tuo pačiu metu atitinkamos įmonės turėtų didinti investicijas į technologinius tyrimus ir plėtrą, skatinti šilumos mainų technologijų naujoves ir modernizavimą, labiau remti ekologišką ir mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančią cemento pramonės plėtrą ir pasiekti pusiausvyrą tarp ekonominės, aplinkos ir socialinės naudos.